Спектрометрия цезия–137

Цифровой вид спектра не слишком удобен для работы, поскольку чаще всего требуется оперативная информация о виде спектра, т.е. его графической форме. Можно, конечно, считать значение каналов и построить на бумаге график - по оси X - номер канала, по оси Y - значение в канале, но, как правило, сейчас это делается автоматически на экране осциллографа или компьютера. Такой способ представления информации позволяет рассмотреть общий вид спектра, выделить его часть и рассмотреть в подробностях, изменить вертикальный и горизонтальный масштабы и т.д. Типичный вид спектра Сз-137, полученный на сцинтилляционном детекторе с помощью компьютера, представлен на рисунке 5.

Рис.5. Типичная форма спектра Сз-137

Под словами спектр гамма-излучения или гамма-спектр понимают чаще всего изображение, подобное рисунку 5. Здесь по оси X отложена амплитуда импульсов, поступивших с детектора, выраженная в энергетических единицах. На самом деле по оси X отложены энергии электронов, образующихся в детекторе при всех видах взаимодействий. Пик в правой части спектра означает ППП (пик полного поглощения), для которого энергия электронов максимальна. Широкое неровное плато левее пика – это зафиксированные комптоновские электроны, имеющие широкий диапазон энергий. Спектр с одной линией имеет сравнительно простую форму. Для определения площадей ППП, что необходимо для вычисления: активности, нужно проделать немалую вычислительную работу.

2.6. Детекторы гамма-излучения

Типовые блок-схемы детекторов гамма-излучения в спектрометрии приведены на рисунке 6.

2

1

Рис.6. Блок-схемы спектрометрических детекторов

1) Сцинтилляционные. 2)Полупроводниковые.

При взаимодействии γ - квантов с веществом происходит:

• фотоэффект: γ- квант выбивает электрон с электронной оболочки атома и передает ему всю энергию.

• комптоновское рассеивание: γ- квант выбивает электрон и передает ему часть энергии. В результате образуется электрон и вторичный γ-квант, который может вылететь из детектора.

• образование пары электрон - позитрон : образуется пара е⁺ и е^-. При этом энергия γ-кванта уменьшается на 511 х 2 = 1024 кэВ.

Таким образом при попадании γ-кванта в детектор он может:

1) Полностью поглотиться в детекторе. При этом амплитуда электрического импульса будет пропорциональна энергии γ-кванта.

2) Потерять часть энергии в детекторе (комптоновское рассеивание) и вылететь из детектора. Амплитуда электрического импульса пропорциональна той части энергии, которую γ-квант оставил в детекторе.

Позиция пика полного поглощения энергии (ППП) пропорциональна энергии γ-квантов. Можно построить зависимость позиции от энергии. Как правило, она линейна.

Некоторые радионуклиды на один акт распада излучают несколько γ-квантов. Например, при распаде Tl-208 могут одновременно образоваться два γ-кванта с энергиями 583 и 2614 кэВ. Если они оба попадут в детектор, то будут там зафиксированы как один γ-квант с энергией 583 + 2614 = 3197кэВ. Вероятность одновременного попадания γ-квантов в детектор особенно велика, когда проба размещается внутри детектора - в "колодце". В результате этого явления на спектрограмме появится пик с энергией равной сумме энергий двух γ-квантов. Этот пик называется пиком суммирования (рис.7).

Основные отличия сцинтилляционного детектора от полупроводникового следующие:

• Полупроводниковый детектор обладает более высоким разрешением;

• Позиция ППП для полупроводникового детектора не зависит от высокого напряжения, следовательно, меньший температурный и временной дрейф позиции ППП;

• Сцинтилляционный детектор, как правило, обладает большей чувствительностью;

• Сцинтилляционный детектор дешевле и более прост в эксплуатации.